Насыщение транзисторов

Усилительные свойства ОУ определяют его амплитудные характеристики по инвертирующему и неинвертирующему входам при разомкнутой цепи нагрузки (кривые 1 и 2 на 10.76, а). Для типового значения ЭДС источника питания Е = 10 В насыщение транзистора повторителя напряжения выходного каскада произойдет при «вх »Е/Ких = = ± (0,1 + 1) мВ. Дальнейшее увеличение напряжения и „ не вызывает

При увеличении напряжения на входе элемента ТТЛ происходит запирание МЭТ, напряжение на его базе и на базе транзистора 7\ возрастает. Когда напряжение на входе элемента ТТЛ достигает порогового значения ?/пор = i/6a — ^кэнас. напряжение на базе 7\ достигает напряжения отпирания эмиттерного /?-п-перехода U5g. Транзистор Тг открывается и на выходе элемента ТТЛ напряжение начинает уменьшаться. Напряжение на базе МЭТ устанавливается на уровне 2?/бо. При дальнейшем увеличении напряжения на входе элемента ТТЛ эмиттерный переход МЭТ закрывается и МЭТ переходит в инверсный режим работы. Через p-n-переход коллектор — база МЭТ в базу транзистора 7\ поступает ток /0 = = (1 + Bi)(En — 2i/6a)//?1. Этот ток вызывает насыщение транзистора ТУ, на выходе элемента ТТЛ устанавливается напряжение логического «О».

Эмиттерно-управляемые логические вентили. Базовый элемент подобного типа показан на 1.40. Он содержит два многоэмиттерных транзистора на входе и выходе схемы. Входной транзистор 7\ осуществляет функцию И, а выходной Г 2 — функцию Монтажное ИЛИ. Дополнительный транзистор Тя играет роль диода предотвращающего насыщение транзистора 7\ при увеличении числа логических входов.

Усилительные свойства ОУ определяют его амплитудные характеристики по инвертирующему и неинвертирующему входам при разомкнутой цепи нагрузки (кривые У и 2 на 10.76, а). Для типового значения ЭДС источника питания Е - 10 В насыщение транзистора повторителя напряжения выходного каскада произойдет при мвх * Е/К -= ± (0,1 -г 1) мВ. Дальнейшее увеличение напряжения UBX не вызывает изменения напряжения на выходе.

Усилительные свойства ОУ определяют его амплитудные характеристики по инвертирующему и неинвертирующему входам при разомкнутой цепи нагрузки (кривые / и 2 на 10.76, а). Для типового значения ЭДС источника питания Е = 10 В насыщение транзистора повторителя напряжения выходного каскада произойдет при MB «= Е/К =

Значения сопротивлений Ri и R2 выбираются в соответствии с указаниями, приведенными в §- 5.2, так, чтобы обеспечивалось открытие и насыщение транзистора при токе коллектора /к:

Для повышения быстродействия между базой и коллектором VT2 включают диод Шотки. Как известно, максимальная частота переключения транзистора ограничивается в основном временем рассасывания накопленных зарядов. Для повышения максимальной частоты переключения необходимо предотвратить насыщение транзистора и этим исключить накопление заряда. Включение диода Шотки параллельно переходу «база — коллектор» транзистора приводит к возникновению ООС по напряжению и препятствует снижению напряжения между коллектором и эмиттером ниже 0,3 В.

Стабилитрон Д2 предотвращает насыщение транзистора Т и ограничивает напряжение, подключаемое к нагрузке. Недостаток такой схемы — повышенная мощность, рассеиваемая на транзисторе. На 3-6 показан другой тип нелинейного ограничения амплитуды импульсов тока — с помощью нелинейного дросселя на сердечнике С с ППГ и под-магничиванием постоянным током /_. При этом

Схема элемента НСТЛ рассчитывается таким образом, чтобы при подаче высокого потенциального уровня (соответствующего логической 1) на базу одного или нескольких транзисторов происходило насыщение транзистора и выходной потенциал понижался до низкого уровня Uxm, соответствующего логическому 0. Так как потенциал коллектора насыщенного транзистора (UK3a <0,1 В) значительно меньше напряжения отпирания [1/отт % 0,7 ч- 0,8 В), то подключенные к выходу последующие транзисторы сказываются в закрытом состоянии.

зистора R\. С увеличением сопротивления R[ уменьшается ток, отбираемый эмиттерами МЭТ, что и способствует улучшению нагрузочной характеристики ИМС. Однако с увеличением этого сопротивления уменьшается и ток базы выходного инвертора, обеспечивающий насыщение транзистора. Поэтому, так же как и в микросхеме ДТЛ (см. § 7.2), приходится ограничивать сопротивление резистора R :

При сигнале 1 на коллекторе транзистора V2 этот транзистор заперт, при этом прекращается ток базы транзистора V4, который также запирается. Высокое напряжение на коллекторе V2 вызывает насыщение транзистора V4. В результате на выходе логического элемента появляется сигнал 1.

щенном состоянии. Поэтому в данной схеме введена операционная обратная связь по напряжению, позволяющая обеспечить мягкий режим самовозбуждения. Обратная связь получена в результате подключения коллекторов через диоды Д4 и Д5 и базовые резисторы R3 и R4 к базовым выводам одноименных транзисторов. Таким соединением достигается неглубокое насыщение транзисторов, и автоколебания возникают при включении источника питания.

Одним из основных требований, предъявляемых к работе триггера, является его быстродействие. Быстродействие схем триггеров зависит в основном от инерционных свойств транзисторов, т. е. от времени рассасывания носителей и вывода транзисторов из состояния насыщения. Для повышения быстродействия триггеров применяют специальные схемы, в которых используется нелинейная обратная связь, предотвращающая насыщение транзисторов. Схема ненасыщенного триггера приведена на 134.

Когда на входы транзисторов 7"ь Т-±, ..., Т/ одновременно подается низкий потенциал, соответствующий логическому 0, то все транзисторы запираются, поэтому потенциал их коллекторов повышается, стремясь к уровню ?к. При этом подключенные к элементу последующие транзисторы отпираются, фиксируя потенциал коллекторов TI, TI, ..., Т/ на уровне U§H, равном потенциалу базы насыщенного транзистора. Этот потенциал соответствует логической 1. Число транзисторов ин, а также сопротивление резистора RK выбирают так, чтобы ток базы открытого транзистора 1^№ = = (?к — V^a)/(RKnH), отбираемый от источника Ек, обеспечивал насыщение транзисторов.

Основу рассматриваемой группы ИМС составляет переключатель тока, представляющий собой ключевой элемент на транзисторах с объединенными эмиттерами (на 7.27 транзисторы Т\ — Т-) и 7). В эмиттерную цепь транзисторов задается ток /о постоянного значения. Постоянство тока /о поддерживается либо путем включения в цепь эмиттеров сравнительно высокоомного резистора R ( 7.27), либо путем использования транзисторного источника тока (см. § 3.2). Значение тока /о выбирают так, чтобы и нормальном режиме работы элемента исключалось насыщение транзисторов, образующих переключатель тока.

В элементах ЭЭСЛ согласование переключателей тока, исключающее насыщение транзисторов, тоже производится путем сдвига потенциальных уровней на 1/бэ.сл ПРИ ПОМОЩИ ЭМИТ-

В ИМС применяется нелинейная обратная связь, которая, действуя через диоды Д] и Д2, предотвращает насыщение транзисторов. Это дает возможность использовать ИМС в ге-446

насыщение транзисторов в мультивибраторе называют динамическим. Схема имеет все те преимущества, которые характерны для схем с ключевыми транзисторами, переключаемыми из режима отсечки в режим насыщения.

так как эти схемы обладают сравнительно высокоомными входом и выходом. В схемах на биполярных транзисторах более подходящим является индуктивный контур, который позволяет заметно увеличить длительность импульса при работе на низкоомную нагрузку. Чтобы заметно расширить импульсы, индуктивный контур надо подключить к источнику с низкоомным выходом. В области насыщения транзистор имеет малое выходное сопротивление. Насыщение транзисторов обусловлено накоплением избыточных носителей в базе, что само по себе дает интегрирующий эффект. Поэтому при работе в режиме насыщения в большинстве случаев отпадает необходимость в дополнительном индуктивном контуре, так как удается заметно увеличить длительность выходного импульса за счет накопления носителей в базе.

Для повышения быстродействия триггера необходимо использовать усилительные элементы, обладающие высокой импульсной добротностью, исключить насыщение транзисторов, применяя нелинейную обратную связь, уменьшить нагрузку триггера, свести к минимуму ускоряющие и паразитные емкости монтажа. Следует по возможности уменьшать запас по напряжению запирания и увеличивать амплитуду запускающих импульсов с тем, чтобы сократить продолжительность стадии подготовки. Повышение быстродействия неизбежно связано с увеличением потребляемой триггером мощности, так как оно сопровождается уменьшением соротивлений как в выходных, так и во входных целях. Для достижения максимального быстродействия необходимо выбрать сопротивление в стоке Кс или сопротивление в коллекторе /?„ оптимальным. При оптимальной величине /?с или /?к, даже при некотором уменьшении перепада выходного напряжения, заметно растет мощность, потребляемая триггером. Кроме этого, в быстродействующих триггерах делитель R1R2 во входной цепи транзистора тоже приходится делать сравнительно низкоомным с тем, чтобы можно было сократить время восстановления Т^осст- В противном случае динамическое смещение достигает заметной величины, в результате чего быстродействие схемы снижается.

Однако насыщение транзисторов уменьшает быстродействие схемы и делает возможным режим «жесткого» самовозбуждения. Можно избежать этой опасности, не допуская насыщения транзисторов. Но тогда импульсы на выходе устройства будут искажены (см. 6.1, в).

действие микросхем ТТЛ можно повысить двумя способами: а) уменьшая сопротивление резисторов и паразитные емкости; б) предотвращая насыщение транзисторов схемы, а следовательно, и накопление носителей зарядов в их базах.

В исходном состоянии транзисторы Ti, Т^ и Г, триггеров открыты и потенциал на их коллекторах рэвен нулю. При включении питания исходное состояние достигается за счет заряда конденсатора Ci через резистор Ri, обеспечивающего насыщение транзисторов Ti, Т^ и Т^.